Elektrik Trafoları ve Şalt Sahası Otomasyonu

Kesiciler, ayırıcılar, baralar, transformatör ve yardımcı gereçlerin bir arada tesis edildiği yerlere şalt sahası denir. Şalt sahalarında elektrik enerjisini toplamaya veya dağıtmaya yarayan, elektrik trafosu  aracılığıyla alçaltılıp veya yükseltilerek istenilen iletim seviyesine getirilen tesislerdir.

Şalt sahası elemanları gerilimlerin büyüklüğünden dolayı açık alana yerleştirilir. Şalt salonu ünitelerinin montajı kapalı yerlere yapılır. Açık saha da tesis edilenleri de vardır. Büyük açık hava tipi şalt sahaları ve şalt salonları üç şekilde monte edilir:

  • Cihaz tipi şalt sahası
  • Kiriş tipi şalt sahası
  • Toprak üstü şalt sahası

Her üç tip şalt sahasında da ağır olan transformatörler beton üzerindeki raylar üzerine yerleştirilir. Yağlı kesiciler betonarme kaideler üzerine monte edilir.

Cihaz Tipi Şalt Sahası

Cihaz tipi şalt sahası

Cihaz tipi şalt sahası

Arazinin düz olmadığı yerlerde monte edilir. Ölçü trafoları gibi hafif cihazlar çelik çerçeveler üzerine yerleştirilir. Baralar A tipi demir direklere tespit edilerek gergi tipi zincir izolâtörler arasına gergin bir şekilde tesbit edilir. Tesis olarak maliyeti ucuzdur.

Kiriş Tipi Şalt Sahası

Kiriş tipi şalt sahaları yatay ve dikey olarak monte edilen kafes kirişlerden yapılır. Baralar gerilmiş şekilde tutturulan zincir izolâtörler yada mesnet tipi izolâtörler ile kirişler arasına gergin bir şekilde yerleştirilir.

Ayırıcılar ve diğer hafif gereçler kirişler üzerine bağlanır. Kiriş tipi şalt sahaları daha sağlam ve küçük sahaya tesis edilir. Cihaz tipi şalt sahalarına göre tesis maliyeti daha pahalıdır.

Toprak Üstü Tipi Şalt Sahası

Toprak üstü tipi şalt sahalarında ünitelerin montajı beton sütunlar üzerine yapılır. Baralar beton kaideler üzerine yerleştirilen pilonlardaki zincir izolâtörler arasına gergin bir şekilde yerleştirilir. Tesisin yere olan yüksekliği fazla olmadığından maliyet açısından ucuzdur. Toprak üstü tipi şalt sahası için geniş ve düz bir sahaya ihtiyaç vardır. Bu tip şalt sahaları deprem kuşağı ve gevşek zemin toprak kayması olan yerler için uygun değildir.

Trafo şalt sahalarının donanımları:

  • Güç transformatörleri
  • Kumanda şalterleri
  • Bara düzeneği
  • Ölçü aletleri
  • Koruma elemanları

Güç Transformatörleri

Şalt sahası ekipmanlarından biri güç transformatörleridir. Alçaltıcı veya yükseltici özelliği olan trafolardır. Şalt sahalarının tipine göre en uygun şekilde monte edilir. Saha içerisinde acil durumlarda kolay müdahale etmek için en uygun konuma yerleştirilir.

Kumanda Şalterleri

Transformatörü devreye alıp çıkartmaya yarayan şalterlerdir. Bu kumanda şalterler ayırıcı ve kesicilerdir. Transformatörün çalıştırılmasını veya devre dışı bırakılmasını sağlar.

Bara Düzeneği

Şalt sahalarına giren gerilim hatları ile transformatör arasında düzgün ve emniyetli bağlantı yapmak için kullanılan bakır elemanlardır. Aynı zamanda alüminyum iletken  yapılanlarıda mevcuttur.

Ölçü Aletleri

Şalt sahalarına ait akım, gerilim, frekans, güç gibi değerleri ölçen ve gösteren aletlerdir. Tüketilen elektrik enerjisini ölçmek için elektrik sayaçları kullanılır. Orta ve yüksek gerilimde ölçme yapmak için kullanılan akım trafosu ve gerilim trafosu vardır.

Açık Hava Tipi Trafo Merkezi 

Yüksek gerilim şalt sahaları elektrik enerjisini üreten kaynaklarla tüketici kaynakları arasındaki güç iletim zincirinin önemli bir halkasını meydana getirir.

Trafo merkezleri iki farklı şekilde tasarlanır. Bunlar;

  • Sürekli olarak kullanılan hava yalıtımlı açık şalt sahalı trafo merkezleri (AIS)
  • Açık ve kapalı alanlarda kurulan SF6 gazı ile yalıtılmış kapalı ve muhafazalı trafo merkezleridir (GIS).

Çevre koşullarının dikkate alınmadığı ve yer sınırlamasının olmadığı her yerde AIS (AirInsulated Substation) hava yalıtımlı trafo merkezleri kullanılır. AIS’lerin tasarımı 800kV’a kadar ki yüksek gerilimlerde yapılabilmektedir.

AIS’lerin kurulumu maliyetleri düşüktür. Açık şalt sahalı trafo merkezlerinin elamanlarının her biri tesis kurulurken montajı yapılır. Elemanlar  açık alanda oldukları için, voltaj altında çalışmak ve dokunmak tehlikelidir. Bu trafo merkezleri hava ve çevre şartlarına direk olarak maruz kalmaktadır. Bir yada daha fazla yüksek gerilim enerji nakil hatlarından elektrik enerjisini alarak, orta gerilim ve alçak gerilim ile abonelerin fiderlerine dağıtan cihazların tesis edildiği yerlere trafo merkezleri denir. Trafo merkezleri gerilimlerin büyüklüğü nedeni ile açık havada bir sahaya yerleştirilir.

Elektrik enerjisi santrallerde üretildikten sonra abonelere ulaşana kadar farklı işlemlerden geçer. Önce enerji santralleri çıkışında elektrik enerjisinin gerilimi yükseltilir. Bu durumda iletim yüksek gerilim ile yapılır. Şehir ve kasabaların girişinde yüksek gerilim (YG) düşürülerek orta gerilim (OG) haline dönüştürülür. Sonra OG dağıtım transformatörleri yardımıyla alçak gerilime çevrilir. Bu işlemler yerine getirilirken çeşitli büyüklükte ve özellikle trafolar kullanılır. Bu trafolar ve yardımcı elemanların monte edildiği yerlere trafo merkezleri denir.

Trafo merkezi monte edilirken dikkat edilmesi gereken özellikler :

  • Trafo merkezinin kurulacağı yer veya merkezinin tipi
  • Trafo merkezinin  içine konulacak transformatörün özelliği
  • Transformatörün büyüklüğü
  • Trafo merkezi hem estetik, hem de enerji dağıtımı ve emniyet açısından uygun olmalıdır.

Açık Hava Tipi Trafo Merkezi Kurulma Yerleri ve Özellikleri

Trafo merkezleri il ve ilçelerde kurulurken dağıtım ve istimlak kolaylığı sağlayan, zemini dayanıklı, estetiği bozmayan yerlere kurulmalıdır.

Açık şalt sahası

Genellikle trafo merkezleri şehir merkezlerinin dışına kurulur. Trafo merkezinin zeminin sağlam olması önemli bir özelliktir. Yüksek gerilim iletim hattına uzak olmaması ve iletim hattı çekiminin zor olmadığı alanlara dikkat edilir. Açık alanda kuruldukları için bütün malzemeler dışarıda olduğundan atmosferik koşullardan etkilenir. Bundan dolayı hava koşularının kötü olduğu yerlerde sık sık arızaların ortaya çıkmasına neden olur.

Açık yer tipi trafo merkezi malzemelerinin yerleştiği alana şalt sahası denir. Şalt sahası ayırıcılar, kesiciler, baralar, transformatör ve yardımcı gereçlerin bir arada tesis edildiği yerdir. Elektrik enerjisini toplamaya veya dağıtmaya yarayan üniteleri bulunan tesistir.

Açık Hava Tipi Trafo Merkezi Donanımları ve Özellikleri

Açık yer tipi transformatörler 150-250 MVA gücündedir. Bu merkezlerdeki 154 kV’a düşürülen enerji belli bölgelere kadar iletim yapılarak YG/OG indirici merkezlerindeki yıldız-yıldız ve yıldız-üçgen bağlı 154/34,5kV,154/10,5kV trafolar kullanılarak gerilim OG seviyesine düşürülür.

Burada kullanılan transformatörler nominal güçleri 25-50-100MVA’dır. OG. sargılarının yıldız noktaları 20 veya 60 ohm’ luk nötr direnci üzerinden topraklanır. Bu dirençler; besledikleri güç trafolarında 25 gerilim kademesi ayarı olup, yük altında değiştirilir. Etiketinde verilen primer ve sekonder anma akımlarının üzerinde belli bir süre (dakika, saat gibi) aşırı yüklenebilir. Bu süreler, imalat sırasında belirtilmiştir. Aşırı yükleme sırasında sıcaklık kontrolü yapılmalıdır. Trafolarda yalıtma, soğutma elamanı olarak yağ ve gaz kullanılır. Türkiye’de daha gaz izoleli trafolar kullanılmaya başlanmamıştır.

Kumanda Elemanları (Şalterler)

Açık şalt sahalarında orta gerilim ve yüksek gerilim sistemlerinde enerji hatlarının açma ve kapama işlemlerini yapan kumanda elamanları kesiciler ve ayırıcılar kullanılır. Kesiciler ve ayırıcılar açma ve kapama işi yapmalarına rağmen yapılarında ve kullanıldıkları yer ve kullanım şekillerinde büyük değişiklikler gösterirler.

Ayırıcılar

Orta ve yüksek gerilim sisteminde yüksüzken açma ve kapama işlemini ayırıcılar yapar. Açma ve kapama işlemi gözle görülür. Ayrıca devreyi topraklama işlemi içinde kullanılır. Kullanım yerine göre çeşitleri;.

  • Hat ayırıcısı
  • Bara ayırıcısı
  • Toprak Ayırıcısı
  • By-pass ayırıcısı
  • Transfer ayırıcısı
  • Bara bölümleyici ayırıcıları

Yapı bakımından yüksek gerilim trafo merkezlerinde döner izolatörlü ayırıcılar kullanılır. Yapı olarak hareketli kontaklara bağlı izolatörlere kendi ekseni etrafında istenen açılarda dönebilen ayırıcılardır. Dahili ve harici çeşitleri mevcuttur. En çok harici tipleri vardır. Yüksek ve çok yüksek gerilimli trafo merkezlerinde kullanılırlar. Üretici firmalar tarafından 60, 154, 380kV gerilimlerde kullanılan döner izolatörlü ayırıcıların imalatı iki tipte yapılır. Trafo merkezlerinde kullanılan ayırıcıların kontakların açılıp kapanması için yapılan kumanda şekli ise elektrik motoru veya ve basınçlı hava kumanda edilir.

Kesiciler

Yüksek gerilimli ve büyük akımlı şalterler de, yük akımını ve kısa devre akımlarını kesmeye yarayan cihaza kesiciler denir. Yüksek gerilim iletim hatlarında meydana gelen kısa devrelerde ve yük altında açma ve kapama yapan cihazdır. Kesiciler üç fazlı veya tek fazlı kumandalı olabilir. Orta ve yüksek gerilimlerde yük altında yani devreden akım çekilirken hızlı ve emniyetli açma ve kapama yapabilen şalterlerdir. İmalatı dahili ve harici olarak yapılır. Kesiciler arkın söndürüldüğü ortama göre çeşitli tipte imal edilir. Bu kesici tipleri:

  • Havalı kesiciler
  • Yağlı kesiciler
  • Gazlı kesiciler
  • Vakumlu kesiciler

Orta ve yüksek gerilim trafo merkezlerinde en fazla gazlı kesiciler kullanılır. Sebebi açma ve kapamalarda meydana gelen arkın hızlı kesilmesi ve yangın tehlikesinin meydana gelmemesi içindir. Yüksek gerilim şalt sistemlerinde SF6 gazlı kesici kullanılır. Büyük şalt sahalarında  kesiciler  herhangi kısa devredeki akımı veya şebekede oluşabilecek aşırı akımları kesmek için kullanılır. Küçük dağıtım sahalarında ise (şalt sahalarında) recloser devre kesiciler otomatik devre kesicisi ya da dağıtım devrelerinin korunması için sigortalar kullanılır.

Recloser Nedir? Tekrar kapamalı kesici olup, bir koruma cihazıdır. Havai hatlarının koruması için kullanılmaktadır. Açık hava ve işletme koşullarına dayanıklı bir kesicidir. Arıza üzerine tekrar kapama yapmak için dizayn edilmiştir.

Koruma Elemanları

Yüksek gerilim şalt tesislerinde, enerji nakil hatlarında yüksek arıza akımlarının ve gerilimlerinin oluşturacağı ısı ve diğer olumsuz etkilere karşı koruyucu veya haber verme görevini yapan devre elemanları koruma elamanlarıdır.

Yüksek gerilim enerji iletim hatlarında ve trafo merkezlerinde kullanılan koruma elemanları:

  • Sigortalar
  • Parafudur
  • Kuşkonmazlar
  • Kesiciler
  • Topraklı ayırıcılar
  • Koruma iletkeni
  • Topraklama
  • Koruma röleleri

Sigortalar

Yüksek gerilim şebekelerinin herhangi bir noktasında oluşan arızanın, arızalı işletme elemanın üzerindeki koruma elemanı tarafından arızanın diğer bölümlere yansımasını önleyerek daha büyük arızaların oluşmasını sigortalar önler.

Parafudur

Yüksek gerilim tesislerinde hat arızaları, yıldırım düşmeleri ve kesici açması gibi manevralar sonucu oluşan aşırı ve zararlı yüksek gerilim şoklarının etkisini parafudrlar önler. İletim hatlarında da oluşan yürüyen dalgaların tahrip etkisini önleyen cihazdır. Devrede iletkenler ile toprak arasında bağlanan ve her türlü elektrik cihazını geçici aşırı gerilimlere karşı koruyan elemandır.

Kuşkonmazlar

Yüksek gerilim enerji hatlarını taşıyan direklerde bulunan traverslerdeki izolatörlerin bağlantı yerinin üst kısmına kuş konması veya yuva yapması istenmez. Bundan dolayı traverslerin bu kısmına kuşların konması için U veya V şeklin de bir kuşkonmaz malzemeleri monte edilir. Arası çapraz bir şekilde galvanizli ince bağlama teli ile bağlanır. Yoksa kuş pislikleri izolatörleri kısa devre ederek toprak arızasına neden olur.

Kesiciler

Yukarıda anlatıldı.

Ayırıcılar

Yukarıda anlatıldı.

Koruma İletkeni

Örgülü çelik iletkenler olup enerji nakil hatlarına düşebilecek olan yıldırımları üzerine çekip toprağa aktarır.  Koruma teli hava hatlarının üzerinde direklerin tepesine koruma teli için imal edilmiş küçük izolatörlerle irtibatlandırılarak çekilir.

Topraklama

İşletme akım devresinin bir noktasının veya tesisin akım taşımayan iletken kısımları ile toprak arasında iletken bir bağlantı yapmaya topraklama denir. Bina yakınında ve iletim hatlarının yakınına kazılan çukurlara bakır çubuk veya galvanizli çubuk veya bakır levhaların gömülmesi ile topraklama elde edilir. Topraklama devresi, elektrik tesislerinde meydana gelen arıza durumunda kısa devre akımlarını insan hayatını tehlikeye sokmayacak şekilde geçişini sağlar.

Topraklama çeşitleri;

  • Koruma topraklaması
  • İşletme topraklaması
  • Yıldırıma karşı topraklama
  • Özel topraklama olarak çeşitleri vardır.

Koruma Röleleri

Trafo merkezleri ve enerji iletim hatlarında çeşitli arızalar meydana gelebilir. Bu arızlar kısa devre, istenilmeyen yüksek gerilimler vs. Arızalar sonucunda oluşabilecek tahribatları önlemek için yüksek ve orta gerilim tesislerinin korunması gereklidir.

Enerji iletim hatlarında ve trafo merkezlerinde meydana gelen arızaları haber vermek için kullanılan röleler koruma röleleridir. Rölelere, arızaları sesli veya ışıklı devre elemanları ile bildirir. Bazı rölelerde bildirim yapmadan ayarladıkları büyüklüklere göre devreleri açar. Şebekelerde meydana gelen arızaların etkili ve ekonomik bir şekilde önlenmesi için röleler, devre açıcı elemanlar ve bildirim sistemleri ile birlikte kullanılır. Trafo merkezlerinde ve enerji iletim hatlarında kullanılan koruma röle çeşitleri:

  • Sekonder aşırı koruma rölesi
  • Diferansiyel koruma rölesi
  • Toprak kaçağı koruma rölesi
  • Bucholz rölesi
  • Mesafe rölesi
  • Isı kontrol rölesi

İzolatörler

Enerji nakil hava hatlarında kullanılan iletkenlerin, direklere yerleştirilmesine yarayan, iletkenleri taşımaya ve de toprak ile direği iletkenlere karşı izole etmeye yarayan şebeke malzemelerine izolatör denir. Trafo merkezlerinde izolatörler iletkenleri taşıma ve ayrıca bağlantıların tespitinde de kullanılır. İzolatörler elektrik akımına karşı direnci yüksek ve yüksek derecedeki sıcaklığa dayanıklı porselen, cam, epoksi reçineden yapılır. Yapılış tiplerine göre izolatör çeşitleri:

  • Mesnet izolatörler
  • Zincir izolatörler
  • Geçit izolatörleri.

Bara Düzeneği

Aynı cins gerilimlerin toplanıp dağıtıldığı ünitelere bara denir. Bara malzemeleri bakır ve alüminyumdan olmak üzere farklı metallerden yapılır:

  • Bakır lama ve alüminyum lama
  • Bakır boru ve alüminyum boru
  • Çelik özlü (St-Al) alüminyum iletken

Lama şeklindeki baralar iç tesislerde, boru ve iletken baralar da dış tesislerde kullanılır. İç tesislerde kullanılan baralar, faz sırasını belirlemek, malzemelerin oksitlenmemesi önlemek, akım yoğunluğunu artırıp soğutmayı sağlamak amacı ile R- Sarı, S-Yeşil, T-Mor olarak boyanır.

Bara üzerindeki enerji çıkışlar (fiderler) ile dağıtımı yapılır. Baralar yapılarına göre gruplandırılır. Tek bara sistemi, transfer bara sistemi, çift bara sistemi, kare bara sistemi, üç bara sistemi. Dağıtım kesiminde en çok kullanılan tek ve transfer bara sistemidir. Fider kesicilerinde bakım yapılırken enerji kesilir. Enerji kesimini önlemek için bakım sırasında kesici yerine geçen by-pass ayrıcısı konur. Ama by-pass ayrıcı ile besleme sırasında devre korumasız kalır.

Ölçü Aletleri

Trafo merkezinde kullanılan ölçü aletleri her fider için ayrı ayrı bağlanır. Kullanılan ölçü aletleri akım ve gerilim trafoları ile beslenir. Bu ölçü aletleri trafo merkezi içindeki panonun üzerinde bulunur. Trafo merkezinde kullanılan ölçü aletleri:

  • Ampermetre
  • Voltmetre
  • Wattmetre
  • Cosinüsfimetre
  • Aktif sayaç
  • Reaktif sayaç
  • Trafo için yağ basıncı
  • Mesafe rölesi
  • Buchzoll rölesi
  • Diferansiyel röle

Ölçü Trafoları

Yüksek gerilimde istenilen değerlerin ölçülmesi için ölçü aletleri doğrudan şebekeye bağlanamaz. Yüksek gerilime uygun değerlerde izolasyonu sağlamak ve uygun büyüklükte cihaz imal etmek zordur. Bundan dolayı ölçü aletlerinin ve koruma rölelerinin devreye bağlanması için yardımcı elemana ihtiyaçları vardır. Akım ve gerilim değerlerini istenilen değerlerde tutan elemanlara ölçü trafoları denir. Ölçü trafoları;  akım trafosu ve gerilim trafosudur.

  • Akım Trafosu

Primer akımını belirli bir oranda düşüren ve primer akımı arasındaki faz farkı yaklaşık sıfır derece olan ölçü transformatörüdür. Akım trafosu devreye seri bağlanır.

  • Gerilim Trafosu

Yüksek gerilimi istenen oranda düşüren ve primer ile sekonder gerilimleri arasındaki faz farkı yaklaşık olarak sıfır derece olan bir trafodur. Devreye parelel bağlanır.

Dağıtım Panoları

Dağıtım panoları elektrik pano çeşitlerinden birisidir. Elektrik enerjisinin elde edilişi, iletimi ve dağıtımında kontrol (kumanda ) ve güvenlik konularında yönetmeliklere uyulması gerekir. Kuvvet tablosu kilitlemeli ve de butonlu olarak bir tesisin kumanda edilmesini sağlar. Tehlikeli durumlarda butona basılarak tesisin enerjisi kesildiği gibi, kilitlenerek enerjinin kontrolü isteğe bağlı duruma getirilir. Ampermetreler ve voltmetreler baralara bağlanan akım trafosu ve gerilim trafosu ile bağlanmıştır.

Devreye start stop butonları hem de röleler kumanda ederler. Amaç enerji kesilmelerinde arızalı yerin ayrılmasını sağlamaktadır. Elektrik panosunun ön yüzündeki mimig diyagramda her gerilim kademesi ayrı renkte belirtilir. Renkler; 380 kV kahverengi, 154 kV kırmızı, 66 kV kavuniçi, 34.5 kV mavi, 15 kV sarı, 10 kV ve aşağı gerilimler yeşil, toprak siyah olur. Elektrik panolarında kullanılan bütün cıvata ve somunlar paslanmaz çelik (kadminyum kaplı) yapılır.

Yangından Koruma 

Trafo merkezlerinde yağlı kesiciler ve transformatörler yangın tehlikesini meydana getirebilecek makinelerdir. Trafo merkezlerinde yangın köşeleri bulunur. Burada yangın söndürücü yangın tüpü ve gerekli diğer malzemeler daima hazırdır. Ayrıca trafo merkezlerinde yangını bildirmek için yangın bildirim tesisatı da ayrı olarak çekilir.

Açık Hava Tipi Trafo Bağlantıları

Açık şalt sahalı trafo merkezleri projeleri ve bağlantıları tasarımında beslenecek fider sayısı ve gerilimin değerine göre projelendirilerek gerekli bağlantılar elektrik kuvvetli akımlar yönetmenliğine göre yapılır.

Şalt sahası bir program dahilinde işletilir. Güvenliğin daima en üst seviyede tutulması için sürekli olarak SCADA merkezlerinin gözlem ve denetimindedir. Şalt sahasının işletme programı ve işletmeci görüşü çerçevesinde enerjinin kalitesi, güvenirliği ve çalışanın can güvenliği koruması daima sağlanmak zorundadır.

Trafo Merkezi Emniyet ve Güvenlik Tedbirleri

Açık şalt sahalı trafo merkezleri bir kumanda binası, orta gerilim elemanların bulunduğu bina ve açık şalt sahasından meydana gelmektedir. Trafo merkezinde kullanılacak elemanlar için bağlantılarından önce inşaat yapılması gereklidir. Orta gerilim binası, kumanda binası ve direklerin yerleştirileceği alanda temellerin yapılması gereklidir.

Açık şalt sahalı trafo merkezleri geniş bir alana kuruldukları için önce alanın tümünü kapsayacak geniş bir tel örgü örülür ve gerekli görülen yerlere yüksek duvarlar inşa edilir. Şalt sahaları çitle çevrilir veya yeraltına inşa edilir. Şalt sahalarının çitle çevrilmesindeki amaç topraklanmış metalik çitler ile içeride herhangi bir sebeple meydana gelebilecek bir arıza sırasında insanları ve çevreyi yüksek gerilimden korumak içindir. Tesis gerilimsiz duruma getirilmeden şalt alanına girilemez. Şalt sahaları yeraltına, çitle çevrili muhafazalı açık havada veya özel amaçlı tasarlanmış binalarında bulunur. Çok yüksek binaların içinde birkaç şalt odası olabilir.

Kapalı şalt sahaları kentsel alanlarda trafo merkezleri transformatörlerden gelen sesleri azaltmak, hava koşulları veya nüfuzdan dolayı meydana gelebilecek şalt elemanlarını zararlardan korumak için kullanılır.

Manyetik alanların insan vücuduna olan etkisi önemli hale gelmiştir. Elektrik ve manyetik alana maruz kalan insan vücudunda akımların indüklendiği bilinmektedir. Yapılan incelemeler sonucunda kanser riski öne sürülmüştür.

Bundan dolayı şalt tesislerinin birçok bölgesinden elektromanyetik alan ölçümleri araştırması yapılmaktadır. Yeni trafo merkezleri yakınlarına yeni bir bina veya tesis yapılacaksa enerji hatları çevresinde  bu etki ölçülerek önceden gerekli işlemler yapılmalı ve sakıncalar ortaya konulmalıdır. Bu çalışmaların sonucunda enerji hatları çevresinde bulunan insanlar için kanseri olma riski görülmüştür.

Yapılması planlanan tesisler için şalt sahası projesi doğrultusunda, tesislerin güvenilirlik konusu amaç edinilmeli, elektromanyetik alan sınır değerlerini içerisinde barındıran işletmelerin kurulması ve yenilenmesi düzenlemeleri yapılmalıdır.

Bölüm 2: Şalt Sahası ve Trafo Merkezlerinin Temel Altyapısı

Şalt sahası, elektrik enerjisinin iletimi ve dağıtımı sırasında voltajın yükseltildiği veya düşürüldüğü, enerjinin farklı hatlar arasında manevra edildiği açık veya kapalı alan tesisleridir. Bu sahalar, elektrik üretim tesisleri ile tüketiciler arasında bir “trafik yönetim merkezi” gibi çalışarak enerji akışını stabilize eder.   

Fiziksel Ekipmanlar ve Konumlandırma Kriterleri

Bir şalt sahasının tasarımı, zeminin dayanıklılığından elektromanyetik gürültü seviyelerine kadar pek çok faktöre dayanır.   

EkipmanİşleviOtomasyon Katmanındaki Rolü
Güç Trafosu

Gerilimi alçaltır veya yükseltir.

Sıcaklık, yağ seviyesi ve yük bilgisini PLC’ye iletir.
Kesici (Circuit Breaker)

Yük altında devreyi açar/kapatır.

SCADA üzerinden gelen “aç/kapat” komutunu uygular.
Ayırıcı (Isolator)

Devreyi yüksüzken fiziksel olarak ayırır.

Konum bilgisi (açık/kapalı) dijital giriş olarak izlenir.
Baralar

Enerjinin toplandığı iletken hatlardır.

Diferansiyel koruma algoritmalarıyla denetlenir.
Recloser/Sigortalar

Küçük şalt sahalarında koruma sağlar.

Hızlı açma-kapama çevrimleri otonom olarak yönetilir.
Ölçü TrafolarıAkım ve gerilim değerlerini ölçülebilir düzeye indirir.Analog verileri IED ve RTU’lara sağlar.

  

Şalt sahası ekipmanları, yüksek gerilimin yarattığı güvenlik riskleri nedeniyle genellikle geniş bir açık alana yayılır; ancak şehir içi uygulamalarda kapalı “şalt salonları” da mevcuttur. Kurulum yerinin seçimi, yüksek gerilim hatlarına yakınlık, istimlak kolaylığı ve estetik faktörler göz önünde bulundurularak yapılır.   

Bölüm 3: Otomasyon Mimarisinde PLC ve SCADA İlişkisi

Otomasyon dünyasında PLC ve SCADA, birbirini tamamlayan iki temel yapı taşıdır. PLC (Programlanabilir Mantık Denetleyici) “kasları” ve “yerel zekayı” temsil ederken, SCADA (Merkezi Denetleme ve Veri Toplama) “gözleri” ve “merkezi beyni” temsil eder.   

PLC: Sahada Gerçek Zamanlı Kontrol

PLC’ler, şalt sahasındaki her bir fiderin (bay) kontrolünden sorumludur. Geleneksel röle mantığına kıyasla PLC’ler çok daha az donanım arızası riski taşır ve yazılımsal olarak kolayca güncellenebilirler.   

  • Mantıksal Kilitleme (Interlocking): Ayırıcı ve kesicilerin yanlış sırayla açılmasını önleyerek ekipman hasarını ve can kaybını engeller.   

  • Zorlu Koşullara Dayanıklılık: PLC’ler geniş sıcaklık aralıklarında, yüksek elektromanyetik gürültü altında ve titreşimli ortamlarda çalışacak şekilde tasarlanmıştır.   

  • Deterministik Tepki Süreleri: Kritik arıza durumlarında milisaniyeler mertebesinde tepki vererek devreyi kesebilirler.   

SCADA: Merkezi İzleme ve Karar Destek

SCADA sistemleri, sahadaki tüm PLC, RTU ve IED’lerden gelen verileri toplayarak bir operatör arayüzünde (HMI) birleştirir.   

  1. Görselleştirme: Kompleks şalt şemaları dijital ekranlarda basitleştirilerek sunulur, böylece operatörler enerji akışını anlık olarak izleyebilir.   

  2. Alarm ve Olay Kaydı: Herhangi bir arıza veya sınır aşımı durumunda sistem anında görsel ve sesli alarmlar üretir.   

  3. Geçmiş Veri Analizi (Historian): Yıllar süren verileri saklayarak enerji tüketim trendlerini ve ekipman yaşlanma analizlerini mümkün kılar.   

  4. Uzaktan Erişim: Geniş coğrafi alanlara yayılmış trafo merkezleri, sahalara personel göndermeye gerek kalmadan merkezi bir ofisten yönetilebilir.   

Bölüm 4: Enerji SCADA Sistemlerinin Teknik Özellikleri ve Faydaları

Enerji sektörü için tasarlanmış SCADA sistemleri, genel endüstriyel SCADA’lardan daha yüksek güvenilirlik ve özel haberleşme protokolleri gerektirir.   

Temel İşlevler ve Operasyonel Avantajlar

ÖzellikTanımFayda
Gerçek Zamanlı İzleme

Voltaj, akım ve frekansın anlık takibi.

Şebeke stabilitesinin korunması.
Uzaktan Kontrol

Cihazların merkezi komutla yönetilmesi.

Hızlı müdahale ve düşük operasyon maliyeti.
Enerji Optimizasyonu

Üretim ve dağıtımın talebe göre ayarlanması.

Enerji kayıplarının minimize edilmesi.
Raporlama ve Analiz

Arıza kayıtları ve performans raporları.

Kestirimci bakım ve yatırım planlama.
Hata İzolasyonu

Arızalı bölgenin otomatik tespiti ve ayrılması.

Kesinti sürelerinin (SAIDI/SAIFI) düşürülmesi.

  

Enerji SCADA sistemleri, özellikle rüzgar enerjisi santralleri ve güneş tarlaları gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının şebekeye entegrasyonunda kritik rol oynar. Bu kaynaklardaki dalgalanmalar, SCADA tarafından yönetilen dinamik dengeleme sistemleriyle stabilize edilir.   

Bölüm 5: Haberleşme Protokolleri ve IEC 61850 Devrimi

Modern bir trafo merkezi otomasyon sisteminde haberleşme, sistemin omurgasını oluşturur. Farklı üreticilere ait cihazların (multivendor) birbirleriyle konuşabilmesi için standart protokoller kullanılır.   

IEC 61850: Akıllı Trafo Merkezlerinin Standart Dili

IEC 61850, sadece bir haberleşme protokolü değil, trafo merkezleri için kapsamlı bir tasarım mimarisidir. Bu standart, trafo merkezlerindeki karmaşık kablolama yığınını fiber optik ağlar ve dijital mesajlarla değiştirmiştir.   

  • IED (Akıllı Elektronik Cihazlar): Koruma, kontrol ve ölçüm işlevlerini tek bir ünitede birleştiren, IEC 61850 uyumlu gelişmiş cihazlardır.   

  • GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event): Kritik koruma sinyallerinin (örneğin “trip” sinyali) ağ üzerinden çok yüksek hızda (milisaniyeler içinde) iletilmesini sağlayan mekanizmadır.   

  • Birlikte Çalışabilirlik: Farklı markaların ürünleri tek bir projede uyum içinde çalışabilir, bu da işletmeleri tek bir tedarikçiye bağımlı kalmaktan kurtarır.   

Diğer Kritik Protokoller

Şalt sahası otomasyonunda hiyerarşik bir yapı mevcuttur ve her seviyede farklı protokoller baskın olabilir:

  1. IEC 60870-5-101/104: Trafo merkezleri ile üst seviye kontrol merkezleri (örneğin TEİAŞ yük dağıtım merkezleri) arasındaki iletişimde standarttır.   

  2. Modbus TCP/RTU: Basit cihazlar, enerji analizörleri ve sensör seviyesindeki veri toplama işlemleri için yaygın olarak kullanılır.   

  3. DNP3: Özellikle su ve elektrik dağıtım ağlarında veri bütünlüğü ve zaman damgalama yetenekleri nedeniyle tercih edilir.   

Bölüm 6: Modernizasyonun Ekonomik ve Operasyonel Etkileri

Eski tip trafo merkezlerinin otomasyonla modernize edilmesi (retrofit), yüksek başlangıç maliyetlerine rağmen uzun vadede büyük ekonomik kazançlar sağlar.   

Maliyet Analizi ve Yatırım Getirisi (ROI)

Otomasyon sistemlerinin maliyeti; sistemin karmaşıklığı, kapsanan trafo merkezi sayısı ve istenen yedeklilik seviyesine göre değişkenlik gösterir.   

Maliyet KalemiModernizasyon ÖncesiModernizasyon Sonrası
Bakım GiderleriPeriyodik ve reaktif (pahalı).

Kestirimci (veriye dayalı, ekonomik).

Personel MaliyetiSaha ziyareti gerektiren yoğun iş gücü.

Merkezi yönetim, düşük saha personeli ihtiyacı.

Arıza KayıplarıUzun kesinti süreleri, yüksek tazminatlar.

Hızlı arıza izolasyonu, minimum kayıp.

Ekipman ÖmrüBilinçsiz kullanım nedeniyle erken yıpranma.

İzleme ve optimizasyon ile uzatılmış ömür.

  

SCADA sistemleri, toplanan verileri analiz ederek enerji talep tahminleri yapılmasına yardımcı olur. Bu da yatırımcıların yeni tesis planlamalarını gerçek veriler üzerinden yapmasını sağlayarak sermaye verimliliğini artırır.   

Bölüm 7: Siber Güvenlik ve Ağ Yedekliliği

Otomasyon sistemlerinin Ethernet tabanlı ağlara taşınması, siber saldırı riskini artırmıştır. Enerji altyapısı “kritik altyapı” statüsünde olduğu için siber güvenlik bir tercih değil, yasal bir zorunluluktur.   

Yedeklilik (Redundancy) Teknolojileri

Kritik bir elektrik şebekesinde haberleşmenin bir saniye bile kesilmesi, tüm sistemin çökmesine (blackout) neden olabilir. Bu nedenle “sıfır kesinti” sunan yedekli yapılar kullanılır.   

  • PRP (Parallel Redundancy Protocol): Her bir veri paketi iki farklı ağ üzerinden aynı anda gönderilir. Bir ağ kopsa bile diğer ağdan gelen paket sayesinde iletişim kesintisiz devam eder.   

  • HSR (High-availability Seamless Redundancy): Cihazların bir halka (ring) topolojisinde birbirine bağlandığı, verinin her iki yöne de iletildiği bir protokoldür.   

Siber güvenlik tarafında ise ağ segregasyonu (vLAN), güvenlik duvarları (firewall) ve rol tabanlı erişim kontrolü (RBAC) gibi katmanlar uygulanarak sistem dış müdahalelere karşı izole edilir.   

Bölüm 8: Teknik Hesaplamalar ve Mühendislik Prensipleri

Şalt sahası otomasyonu, sadece yazılım ve donanım entegrasyonu değil, aynı zamanda derin elektriksel hesaplamalar gerektirir. Ölçü trafolarından gelen verilerin doğruluğu, tüm kontrol mantığının temelidir.

Transformatör Verimlilik ve Kayıp Analizi

Otomasyon sistemi, transformatörün (boşta çalışma kayıpları) ve (yüke bağlı kayıplar) değerlerini sürekli izler. Verimlilik () hesabı şu şekilde formüle edilir:

Burada , transformatörün eşdeğer direncidir. SCADA sistemi, sıcaklık artışını () ve yük akımını () izleyerek, izolasyon ömrünün kısalmasına neden olabilecek aşırı ısınma durumlarında yük atma (load shedding) algoritmalarını devreye sokar.   

Kısa Devre ve Koruma Koordinasyonu

Bir arıza durumunda PLC ve koruma rölelerinin hata akımını () milisaniyeler içinde tespit etmesi gerekir:

SCADA üzerinden yapılan koordinasyon çalışmalarıyla, arızanın sadece ilgili fiderde sınırlı kalması (selektivite) sağlanır, böylece sistemin geri kalanı enerjisiz kalmaz.   

Bölüm 9: Türkiye’deki Uygulamalar ve Regülasyon Çerçevesi

Türkiye’de elektrik iletim ve dağıtım sistemleri TEİAŞ ve EPDK tarafından yönetilen katı kurallara tabidir. Özel enerji santralleri veya organize sanayi bölgeleri (OSB), kendi şalt sahalarını bu regülasyonlara uyumlu hale getirmek zorundadır.   

  • TEİAŞ Bağlantı Şartları: Uzaktan izleme ve kontrolün belirli protokoller (genellikle IEC 104) üzerinden merkezle haberleşmesi şart koşulur.   

  • Kalite ve Süreklilik Raporları: EPDK, dağıtım şirketlerinden enerji kalitesi (harmonikler, gerilim çökmeleri) ve kesinti süreleri hakkında düzenli raporlar talep eder. SCADA sistemleri bu raporların hatasız hazırlanmasını sağlar.   

  • Yerli Mühendislik: SGE Mühendislik gibi firmalar, uluslararası markaların (zenon, Sprecher, Arcteq) çözümlerini Türkiye’deki yerel yönetmeliklere uyarlayarak anahtar teslim projeler sunmaktadır.   

Bölüm 10: Gelecek Trendleri ve Akıllı Şebekeler (Smart Grids)

Şalt sahası otomasyonu, “Akıllı Şebeke” vizyonunun temel yapı taşıdır. Gelecekte bu tesisler, sadece veriyi ileten değil, veriyi kendi içinde işleyen “uç bilişim” (edge computing) merkezlerine dönüşecektir.   

  1. Yapay Zeka Destekli Arıza Tahmini: Historian verileri kullanılarak makine öğrenmesi algoritmaları eğitilecek ve bir kesicinin ne zaman arıza yapacağı aylar öncesinden tahmin edilecektir.

  2. Sanal Trafo Merkezleri: Fiziksel rölelerin yerini tamamen yazılım tabanlı sanal makinelerin aldığı, donanım bağımsızlığına dayalı mimariler yaygınlaşacaktır.

  3. IoT Entegrasyonu: Şalt sahasındaki her bir izolatör veya parafudr, kendi durumunu IoT sensörleri üzerinden doğrudan bulut sistemlerine aktarabilecektir.

Sonuç

Elektrik şalt sahası ve trafo merkezleri, modern medeniyetin kesintisiz enerji ihtiyacını karşılayan hayati düğüm noktalarıdır. Bu tesislerin PLC’nin deterministik kontrol gücü ve SCADA’nın kapsamlı izleme yetenekleriyle donatılması, operasyonel güvenliğin en üst düzeye çıkarılmasını sağlar. IEC 61850 standartlarının yaygınlaşmasıyla birlikte, sistemler daha esnek, daha hızlı ve daha düşük maliyetli hale gelmiştir. SEO odaklı bir yaklaşımla bu teknik süreçlerin dijital dünyada doğru temsil edilmesi, endüstriyel dönüşümün paydaşları arasındaki bilgi akışını güçlendirerek, enerji altyapılarının geleceğini şekillendirmeye devam edecektir.   

Yorum Yok

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir